[發明專利]小型超高頻RFID抗金屬標簽天線及阻抗分離匹配方法

有效

• 申請號: 201310277400.2
• 申請日: 2013-07-03
• 公開（公告）號: CN103346395A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 張俊;龍云亮
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/22
• 代理公司: 深圳市合道英聯專利事務所(普通合伙) 44309
• 代理人: 廉紅果

技術領域

本發明屬于射頻識別領域，具體來說，涉及一種可以快速、有效地實現天線與芯片阻抗的共軛匹配，從而提高標簽天線的實際增益，最大化標簽的工作距離的小型超高頻RFID抗金屬標簽天線及阻抗分離匹配方法。

背景技術

射頻識別是一種無線通信技術，它通過標簽與閱讀器之間的相互感應完成信息采集，與傳統條碼及二維碼相比，射頻識別技術具有識別距離長、內容可修改等優點，特別是與物聯網融合后，射頻識別技術以其自身的特點正在物流供應鏈、食品藥品溯源、車輛交通管理和門禁身份識別等領域發揮著越來越重要的作用。

射頻識別系統由標簽、閱讀器及計算機三部分組成，其中標簽包括天線和芯片。射頻識別系統可工作于低頻、高頻、超高頻及微波頻段，其中超高頻段RFID系統由于讀取距離大、標簽價格低、讀取速度快、支持多標簽讀取等優點，正廣泛應用在供應鏈管理、集裝箱、鐵路車廂識別、生產線自動化管理等。在紛繁復雜的應用中，經常會遇到金屬或液體環境，普通偶極子標簽天線在這種環境下性能將大大降低或者不能被讀取，因此需要設計專門的標簽天線以對抗該環境，而這種能在金屬環境下正常工作的天線就稱為抗金屬標簽天線。

超高頻RFID在物流領域的應用給抗金屬標簽天線提出了挑戰：小型化，高增益。小型化要求標簽天線具有小的輪廓，能夠方便地安裝在各種位置、材料上；高增益則意味著超高頻RFID天線必須保持其閱讀距離長的優勢，這樣才能提高物流效率。由電小天線理論可知，小型化必然伴隨著低的天線增益和小的天線帶寬。為了有效地提高標簽天線增益，通常采用倒F型結構的天線作為抗金屬標簽天線，而這種天線體積大且帶寬窄，不適合一般的物流應用。與此同時，標簽天線阻抗與芯片阻抗必須實現共軛匹配以最大化天線的實際增益，即最大化標簽的工作距離。由于電荷泵等電路的存在，市面上的無源標簽芯片阻抗都具有容性成分，其輸入阻抗可等效為皮法級的電容并聯千歐級的電阻，且各廠商生產的芯片在輸入阻抗上呈現很大的變化。為了與不同輸入阻抗的標簽芯片實現共軛匹配，天線需要對其輸入阻抗的實部和虛部在一定范圍內進行自由調節。

發明內容

針對以上的不足，本發明提供了一種可以快速、有效地實現天線與芯片阻抗的共軛匹配，從而提高標簽天線的實際增益，最大化標簽的工作距離的小型超高頻RFID抗金屬標簽天線及阻抗分離匹配方法。

本發明的小型超高頻RFID抗金屬標簽天線包括基板和涂覆在所述基板表面的輻射體，所述基板包括疊合相連在一起的上基板和下基板，所述輻射體包括頂層輻射體、中間層輻射體和底層輻射體，所述頂層輻射體位于上基板的上表面，所述中間層輻射體位于上基板的下表面或者下基板的上表面，所述底層輻射體位于下基板的下表面，頂層輻射體和中間層輻射體分別通過連接部與底層輻射體連通。

所述上基板上形成有至少一個縱向設置的上通孔，所述下基板上形成有至少兩個縱向設置的下通孔，每一所述上通孔和下通孔的內壁分別涂覆有所述連接部，所述頂層輻射體與底層輻射體之間通過上通孔和與之對應的下通孔的內壁的連接部連通，所述中間層輻射體與底層輻射體之間通過下通孔內壁的連接部連通。

所述頂層輻射體包括兩個相互獨立的頂層輻射區域，標簽芯片連接在兩個頂層輻射區域之間，每個頂層輻射區域上形成至少一個頂層窄槽。

所述上基板對應于每個頂層輻射區域的位置分別設置有一個上通孔，每個上通孔分別位于頂層輻射區域的外端端部。

兩頂層輻射區域形狀相同，頂層輻射區域的外部輪廓為圓形、橢圓形、三角形、矩形或者不規則多邊形。

所述中間層輻射體上形成有至少一個中間層窄槽。

所述下基板對應于每個上通孔的位置分別設置有一個下通孔，下基板對應于中間層輻射體的中部還設置有一個下通孔。

所述中間層輻射體的外部輪廓為圓形、橢圓形、三角形、矩形或者不規則多邊形。

所述上基板和下基板的形狀相同，上基板與和下基板之間采用無縫無錯位相連。

本發明的抗金屬標簽陣列天線的阻抗分離匹配方法包括如下步驟：

Step1：根據標簽的最小閱讀距離要求并結合電小天線理論或標簽的尺寸限制確定天線的基本尺寸；

Step2：根據選用的標簽芯片阻抗和標簽的中心工作頻點確定天線的目標輸入阻抗；

Step3：調節頂層輻射體的頂層窄槽的長度，得到標簽天線目標阻抗的虛部；

Step4：調節中間層輻射體的中間層窄槽的長度，移動標簽天線阻抗實部到中心頻點；